筆者について

Zachariah Peterson

Zachariah Petersonは、学界と産業界に広範な技術的経歴を持っています。PCB業界で働く前は、ポートランド州立大学で教鞭をとっていました。化学吸着ガスセンサーの研究で物理学修士号、ランダムレーザー理論と安定性に関する研究で応用物理学博士号を取得しました。科学研究の経歴は、ナノ粒子レーザー、電子および光電子半導体デバイス、環境システム、財務分析など多岐に渡っています。彼の研究成果は、いくつかの論文審査のある専門誌や会議議事録に掲載されています。また、さまざまな企業を対象に、PCB設計に関する技術系ブログ記事を何百も書いています。Zachariahは、PCB業界の他の企業と協力し、設計、および研究サービスを提供しています。IEEE Photonics Society、およびアメリカ物理学会の会員でもあります。

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アスペクト比と多層PCBへのその重要性

PCB設計：アスペクト比とは何か、そしてなぜ重要なのか？ 1 min Blog PCB設計者

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電気技術者 PCB内のビアのアスペクト比は、その信頼性を決定する重要なパラメータであり、場合によってはその電気的性能にも影響します。

PCBのグランドバウンスとシグナルインテグリティーのグランドバウンス

シグナルインテグリティーの問題を最小限に抑えるグランドバウンス低減方法 1 min Blog 電気技術者

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電気技術者学生時代にバスケットボールチームで活躍した父とは異なり、私は入団テスト中、ボールをほとんどバウンドできませんでした。言うまでもなく、私はスポーツを始める前にやめてしまいました。NBAプロになるという夢は打ち砕かれましたが、その後、格闘技への情熱を見出しました。私はバスケットボールをうまく扱うことはできませんでしたが、少なくとも格闘技では足の甲で相手を跳ね返して（バウンスして）対抗することができました。バスケットボールをバウンドできなくても大きな問題にはなりませんが、電子機器のグランドバウンスを理解していないと、回路にとって大きな問題になりかねません。信頼できるPCBレイアウトエンジニアとして優れた能力を発揮するには、回路およびシグナルインテグリティーへのグランドバウンスの影響に関する知識が必要です。グランドバウンス低減技術を考慮すれば、設計全体でPCBのシグナルインテグリティーのグランドバウンスを最小限に抑えることができます。グランドバウンスとはグランドバウンスを理解するには、集積回路（IC）の中核を形成するスリープトランジスタとGNDピンの基本を詳しく理解する必要があります。下図は、マイクロコントローラーやランダムアクセスメモリ（RAM）などのICの典型的なI/Oを形成するCMOSバッファ回路を示しています。 PCB内のグランドバウンスノイズは測定が難しい問題であり、これがパワーゲーティングとシグナルインテグリティーに与える影響は、PCBのトレースインピーダンスとPDNインピーダンスに関連しています。ほとんどの高速設計では、ドライバー回路の出力ピンは通常、ある程度の入力容量を持つ負荷に接続されます。出力ピンが論理回路「1」にアサートされると、負荷の寄生容量はVCCまで完全に充電されます。出力バッファ回路がオフになって論理「0」になると、容量性負荷が放電して、ドライバーに突入電流が戻ります。この急速な電流はドライバーのグランドピンを流れます。理想的な状況では、ICパッケージと基板の接地は同じ電圧に保たれます。ただし、現実の設計では、ボンドワイヤ、リードフレーム、PDNの寄生インダクタンスにより、ダイグランドと基板グランドの間にある程度の寄生インダクタンスが存在します。これらの素子からのパッケージの総インダクタンスは、上記の回路図に示すように、一連の直列コイルとしてモデル化できます。電流がボンドワイヤ/リードフレーム/PDN上のインダクタンスを駆け抜けると、ダイグランドと基板グランドの間に逆起電力が蓄積します。これにより、ダイグランドと基板グランドの電圧レベルが瞬間的に異なる現象が生じ、グランドバウンスノイズが発生します。この蓄積は、これらの要素のDC抵抗とICパッケージ/ダイの寄生によって減衰されます。寄生とトレースのこの配置が、定義されたインピーダンスと共振周波数を持つ等価RLC回路を形成しているということを理解すると、これが信号の動作にどのように影響するかを正確に理解できます。 PCBのグランドバウンスが回路と信号に与える影響 PCB内のグランドバウンスが最小限であれば、ダイグランドや信号の動作に混乱を引き起こすことはありません。グランドバウンスは引き続き発生しますが、気付かれないほど小さいかもしれません。ただし、グランドバウンスによって生成される逆起電力が大きい場合、特に複数の出力が同時に切り替えられる場合、デバイスのグランドレベルは、ICの他のピングループに影響しうるレベルにまで上昇します。駆動コンポーネントを容量性負荷に接続するトレースを見ると、トレースのインダクタンスと静電容量も、グランドバウンスによる信号への影響に影響を与えます。すべてのトレースには、寄生容量とインダクタンスにより、ある程度のインピーダンスがあることに留意してください。実際のトレースにはこれらの寄生があるため、トレース、ドライバーのGNDピンのインダクタンス、および負荷容量によって形成される集中RLCネットワークにこれらを含める必要があります。ダイ上のレベルシフトたとえば、グランドバウンスが発生するマイクロコントローラーでは、パワーレールと接地間で測定された電圧が、グランドバウンスがない場合よりも1.5V高くなるようにグランド電位がシフトする場合があります。つまり、パワーレールとダイグランドの電位差は、パワーレールと基板グランド間で測定された電位よりも1.5V高くなります。別の言い方をすれば、ダイグランドとPCBのGNDプレーンの間には瞬間的な1.5Vの電位があります（つまり、ドライバーのGNDピンの両端で測定）。この例では、マイクロコントローラーに接続された3.3Vで動作する論理ICは、デバイスの接地の電位レベルがシフトしたために1.5Vの論理「低」信号を受信しているため、論理「0」信号を「1」と解釈する場合があります。この例を続けて説明すると、入力電圧レベルはダイグランドを基準にして見られるため、グランドバウンスが発生しているデバイスは他のコンポーネントからの入力を誤って読み取る可能性もあります。たとえば、論理「高」信号が「低」と誤って解釈されるのは、ダイグランドの上昇により、入力ピンの電圧が3.3Vではなく1.8Vになるためです。これは、最小論理高電圧の2.31Vを下回ります。グランドバウンスの影響は、すべての出力が同時に低になると最悪になります（上の画像を参照）。このとき、ダイグランドの電圧差が大幅に増加します。さらに、このレベルシフトはRLCネットワークで急な立ち上がり信号のように機能し、特定の条件下では減衰不足の過渡発振を示す可能性があります。レベルシフト時の発振ダイグランドのレベルシフトは永久に持続するわけではなく、ダイグランドとPCBグランドの電位差は最終的にゼロに戻ります。トレースと負荷から寄生容量が生じるため、このレベルシフトは、RLC回路で見られるのと同じように減衰発振を示す可能性があります。これらの発振は、電流ループ内の総抵抗に応じてさまざまなレベルの減衰を示すことがあります。ダイグランドに発振があると、この発振が出力信号に重畳され、過渡リンギング現象が発生します。下の画像は、グランドバウンスによるこのような減衰不足の過渡発振を示しています。不完全な状況では、ドライバーの出力インピーダンスはゼロで、負荷入力インピーダンスは無限大で、トレースに発生する過渡現象の減衰はゼロになります。実際の状況では、ドライバーを通る直流伝導と、LOW状態とHIGH状態でのインピーダンスにより、減衰はゼロ以外になります。減衰（ R/2

製品比較: Mentor（PADS）とAltiumのPCB設計ソフトウェア 1 min Blog 競合他社のツールをご利用のユーザー

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競合他社のツールをご利用のユーザー複数のデータモデルを使用するために、PCB設計ツールを行き来することにうんざりしていませんか。ユーザーの要求に合わせて機能するPCB設計プラットフォームのAltium Designerをぜひご検討ください。 Altium Designer 専門家を対象とする強力で使いやすい最新のPCB設計ツール。 PCBの設計を進めるには、ユーザーの要求に合った設計ツールが必要です。ただし、こうしたツールはスムーズに連携し、ユーザーが直面するすべての問題を解消できる高機能なものでなくてはなりません。多くの設計システムがこの目的を満たせない一方で、Altium Designerは大きな威力を発揮します。統合設計環境が提供される64ビットの強力なプラットフォームには、あらゆる問題を解消する中核ツール群と高度な機能が搭載されています。これこそが、Altium Designerが設計のプロフェッショナルに選ばれている理由です。目の前に仕事が山積みのときに必要なのは、作業の邪魔をしない効率的なPCB設計ツールでしょう。こうした大量の仕事は、当然ながら納期と予算を守って完了しなければなりません。Altium Designerならそれが実現します。 Altium Designer: 統合設計環境で実現する効率的なPCB設計 Altiumは、ツールの連携を考慮して設計されていないPCB設計ソフトウェアに対するユーザーの不満を理解しています。アプリケーション間を行き来していると、余計な時間がかかるうえにミスも発生しやすくなります。これを解消するために設計されたAltium Designerは、統合設計環境ですべてのツールを使用できます。つまり、回路図、レイアウト、図面、シミュレーター、部品表をすべて1つの画面で開くことが可能です。画面を閉じたり、ファイルを変換したりすることなく、必要なものを開いてすぐに使えます。64ビットの強力なマルチスレッドアーキテクチャーを基盤に構築されているため、必要な処理を確実に実行できます。次世代の課題にも対処できるように、Altium Designerの機能は絶えず改良、更新されるため、将来的な使用についても心配はいりません。これまでの設計ツールに対する不満が解消されます。設計作業でAltium Designerを活用する

PCB設計におけるBOMとは何ですか？

PCB設計におけるBOMとは何ですか？ 1 min Blog PCB設計者

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電気技術者すべての電子製品およびPCBアセンブリには、部品表（BOM）が必要です。BOMに含まれるものと、それを整理する方法について説明します。

PCB取り付け穴

メッキPCB取り付け穴のPCB接地手法 1 min Blog 基板を筐体に配置するときは、何らかの方法でその筐体に取り付ける必要があります。PCBの表面をネジで傷つけずに確実に取り付けるには、通常はメッキスルーホールをただコーナーに配置します。このPCB取り付け穴は通常、ソルダーマスクの下にパッドが露出しているため、必要に応じて取り付けポイントをネットの1つに電気的に接続できます。この場合によく発生する問題の1つは、接地とPCB取り付け穴です。取り付け穴を設計で接地する必要がある場合、どのように接地する必要があるのか？筐体に接続するのか、内部接地のみに接続するのか、それとも別の場所に接続するのか？これは楽しい質問で、答えは通常、「必ずすべき/絶対にすべきではない」という具合になります。取り付け穴は必ず筐体に接地しているという人もいれば、設計が台無しになるので絶対に接地すべきではないという人もいます。このように定められたほとんどの設計ルールと同様に、実際の答えはより複雑で、入力電力から接地系の構造に至るまで、設計の多くの側面が関わります。PCBへの入力で電源と接地がどのように定義されているかを理解していれば、接地を適切に考慮した取り付け方法を設計することが容易になります。 PCB取り付け穴の設計方法名前が示すように、PCB取り付け穴は、回路基板を筐体に固定するために使用されます。PCB取り付け穴に関しては、誰もが同意するいくつかのポイントがあります。金属ネジで取り付けることができるように、取り付け穴は一般的にメッキされている必要がある。浮遊する金属片はEMIの発生源となるため、取り付け穴は何らかのGNDネット（アース(PE)、信号GND (SGND)、接地済み筐体など）に接続する必要がある。取り付け穴は、標準サイズの留め具に対応するサイズにする必要がある。取り付け穴はメッキなしでもかまわないが、設計でプラスチック製のネジやスタンドオフを使用する場合以外は望ましいやり方ではない。これについては、位置決め穴に関する以前の記事で少し詳しく説明しました。というのは、一部の有名企業では取り付け穴と位置決め穴を区別していないからです。設計者にとって、このように区別することは重要です。取り付け穴はほぼ確実に基板の接地系の一部になるし、設計におけるEMIと安全性にこの相違がどのように影響するかを正確に考慮する必要があるからです。メッキした取り付け穴を筐体に接続することはベストプラクティスであり、そのような接続が可能な場合は、筐体の接地をアース接地に接続することができます。ただし、筐体内に金属元素があるバッテリー駆動システムなどでは、必ずしもそうとは限りません。PCBの取り付け穴、筐体、およびアースの接続方法によっては、デバイスでEMIが発生したり、ユーザーが感電したりする可能性があります。後者のケースは、電源の筐体がアースに十分に接地されていないか（プラグを差し込んだとき）、マイナス電源端子が十分に接地されていない場合に（プラグを抜いたとき）、コンピューターの電源で発生するおそれがある問題の1つです。適切なアース接地接続を含め、PCBの接地手法を適切に行えば、フローティング接地をなくすことができます。それが、金属筐体の接地したPCB取り付け穴の主な用途の1つです。 PCBの接地手法と取り付け穴上の画像は、過度に一般化したものではありません。場合によっては、取り付け穴を基板に接地する必要がまったくなく、代わりに筐体に接地する必要があります。それ以外の場合、選択の余地はありません。接地する場所が他にないため、取り付け穴を内部接続に接地する必要があります。取り付け穴に適用するPCB接地手法では、対処の必要な電流、その電流の周波数、ESDなどの安全性の問題を考慮する必要があります。残念ながら、考えられるあらゆる状況に対応できる単独のアプローチはありませんが、PCBの取り付け時に生じる接地接続をどのように考えたらいいのかは、以下のポイントを参考にしていただければと思います。ケース1: 低電流DC、ガルバニック絶縁なし以下の表は、標準的なPCB接地手法の一環として、メッキPCB取り付け穴をどのように扱うのかという状況をいくつか示しています。ここでは、3線式DC（POS、NEG、アースGND接続）、2線式DC（POSとNEGのみ）、3 線式ACをDCに整流した場合を検討します。入力電力金属筐体

高速PCBレイアウトガイドライン

高速PCBレイアウトのガイドライン：配置のヒントと戦略 1 min Guide Books 不動産業界では、「立地、立地、立地」という言葉がよく使われます。興味深いことに、高速PCBレイアウトにおいても同じことが言えます。高速PCB設計プロセスのすべての側面が重要ですが、特に部品の配置は、簡単な配線、EMIの最小化、そして追加のレイヤーが不要になる可能性を高めるために特に重要です。標準的なPCB設計で問題なく機能する配置方法でも、高速設計の厳しい信号フロー要件を満たさない場合があります。設計が機能するためには、本当に「立地、立地、立地」がすべてです。高速PCBレイアウトを作成する際に考慮すべきいくつかのヒントと戦略をここで紹介します。まず、高速設計における基本的な部品配置の考慮事項を見ていきます。次に、ボード上に部品を配置する前にフロアプランを作成する利点について説明します。最後に、そして決して重要性が劣るわけではありませんが、終端抵抗の配置について議論します。高速PCBレイアウトにおける部品配置 PCBレイアウトは、多くの競合する目標を持つ難しいパズルのようなものです。しばしば、あるフォームファクターの制約や層数の目標を満たす必要があり、これらの制約やその他多くの要件を満たすように部品を配置する必要があります。高速PCBレイアウトでは、部品は一般的に以下の方法で配置されるべきです：回路ブロックごとにグループ化する：まず、システム内で特定のタスクを実行するコンポーネントをまとめます。例えば、電力調整に関わるすべてのコンポーネントを一緒にグループ化するべきです。大きなプロセッサの周りにグループ化する：これらのコンポーネントは高いI/O数を持ち、グループ化された回路ブロックと直接インターフェースします。中央のプロセッサの周りに第一レベルの回路ブロックを配置し、その周りに下流のブロックを配置しようと試みてください。ルーティングチャネルへのアクセスによってグループ化する：別のコンポーネント上の共通インターフェースにアクセスする必要がある一連のコンポーネントがある場合、これらのコンポーネントのピンが互いに向き合うように配置しようとしてください。これが常に可能というわけではありませんが、成功すれば内部層を通過したり、他のコンポーネントの周りを長いパスでルーティングする必要はありません。下の画像では、レイアウトの最も右側に大きなMCUがあり、その周りにはピンがMCUを向いて配置された他のコンポーネントがグループ化されているのがわかります。左側にさらに進むと、コネクタ、LED、およびいくつかの受動部品などの二次コンポーネントが見えます。これらは大まかにMCUの一方の側面を向くように並べられています。これにより、MCUから左側のボード領域へ直接ルーティングすることが可能になります。高速PCBレイアウトの例回路の機能ブロックの配置を計画する際には、電源とグラウンドプレーンのニーズも考慮してください。通常、連続した電源プレーンの使用が好まれますが、設計のニーズにより複数の電圧用に分割された電源プレーンが必要な場合は、分割された部分をまたいで接続されたコンポーネントを配置する際に注意してください。高速伝送線は電源プレーンの分割を横切るべきではありません。それによって、これらの信号のリターンパスが途切れてしまいます。また、その回路の一部ではない他のコンポーネントを、その回路のコンポーネント間に配置することも避けてください。これもその回路のリターンパスに影響します。部品配置における異なるコンポーネントブロック、コネクタ、その他の回路についてもう少し詳しく見てみましょう。レイアウトのフロアプランニングによる配置準備配置のためのフロアプランを作成することは、高速PCBレイアウトを準備する効果的な方法です。事前に計画することで、上述したようなコンポーネントのグループを考慮に入れることができ、設計の最後の段階で配置される際に驚くことがありません。機能ブロック電源、RF、デジタル、アナログなどの回路の機能ブロックは、信号の交差を最小限に抑えるために、グループとして整理して配置するべきです。事前配置フロアプランにより、機能ブロック間の信号フローがどのようなものか、そしてそれに最適な計画方法を把握できます。例えば、可能な限り低周波数のアナログを一緒にグループ化することで、高周波数または高速信号がアナログ回路の敏感な領域を横切る必要がなくなります。 EMIとコネクタ高速動作するデバイスを基板の端に近づけて配置するのは避けるべきです。これは、基板の端が開いた空洞のように機能し、電磁放射が基板の端から漏れ出る可能性があるためで、これにより他のコンポーネントに影響を与える電磁干渉（EMI）が増加する可能性があります。